2025版高一化学必修第一册 第四章 第二节 第1课时 元素性质的周期性变化规律

第二节元素周期律第1课时元素性质的周期性变化规律课标定向目标定位1.能从原子结构视角说明同周期元素的性质递变规律,从微观的角度建构元素周期律,形成微观原子结构特点决定宏观性质的思维模式。(宏观辨识与微观探析)2.能依据第三周期元素性质的比较试验的要求,选择合适的装置和试剂,完成相关实验。(科学探究与创新意识)厘清重点通过比较同周期元素原子结构和性质的递变规律,完成周期性变化规律的学习突破难点原子结构与元素周期律的关系学习任务一:原子结构的周期性变化【必备知识·导学】[引入]将铝片剪成树状,并塞入事先洗净的矿泉水瓶中,然后向矿泉水瓶中加入CuSO4溶液,以没过树状铝片为宜,再拧紧瓶塞。过几分钟后,形成美丽的“铜树”,在这个实验中,说明金属性铝大于铜,那么钠、镁、铝的金属性强弱又是如何呢?一、短周期元素原子最外层电子排布的变化规律周期原子序数电子层数最外层电子数结论第一周期1→211→2同周期由左向右,元素的原子最外层电子数逐渐增加(1→8,第一周期除外)第二周期3→1021→8第三周期11→1831→8规律:同周期中,随着原子序数的递增,元素原子的核外电子排布呈现周期性变化二、短周期元素原子半径的变化规律周期原子序数原子半径/nm结论第一周期10.037同周期由左向右元素的原子半径逐渐减小(不包括稀有气体)第二周期3→90.152→0.071大→小第三周期11→170.186→0.099大→小规律:同周期中,随着原子序数的递增,元素的原子半径呈现周期性变化[思考]同周期元素原子半径递变的原因是什么?提示:同周期元素核外电子层数相同,核电荷数依次增大,原子核对电子吸引能力逐渐增大,原子半径逐渐减小。三、短周期元素主要化合价的变化规律周期原子序数主要化合价结论第一周期1+1除第一周期外,①同周期由左向右,元素的最高正价逐渐升高(+1→+7,O无最高正价,F无正价)②元素的最低负价由第ⅣA族的-4价逐渐升高至第ⅦA族的-1价③最高正价+|最低负价|=8第二周期3→9最高价+1→+5(不含O、F)最低价-4→-1第三周期11→17最高价+1→+7最低价-4→-1规律:同周期中,随着原子序数的递增,元素的主要化合价呈现周期性变化【判对错·通教材】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”(1)第三周期元素的原子半径一定大于第二周期元素的原子半径。 (×)提示:锂原子半径大于氯原子半径。(2)第二周期元素的最高化合价依次升高。 (×)提示:O没有最高正价,F无正价。(3)第二周期元素中原子半径最小的是氟。 (√)提示:同周期元素从左到右原子半径依次减小。(4)第三周期元素简单离子中半径最小的是Al3+。 (√)提示:金属元素简单离子的电子层结构与上一周期稀有气体相同,半径:Na+>Mg2+>Al3+;非金属元素简单离子的电子层结构与本周期稀有气体相同,半径:P3->S2->Cl-。【核心要点·归纳】1.原子结构的周期性变化规律同周期元素随着原子序数的递增,元素原子的最外层电子数呈现由1到8的周期性变化(第一周期除外)。2.原子半径的周期性变化规律同周期元素随着原子序数的递增,元素的原子半径呈现由大到小的周期性变化。[方法导引]比较原子半径大小时应注意规律的特例:Li的原子半径反常的大,原因是其核电荷数较小,对电子束缚力较弱。3.主要化合价的周期性变化规律随着原子序数的递增,元素最高正价呈现+1→+7(第二周期+1→+5),最低负价呈现-4→-1的周期性变化(第一周期和稀有气体元素除外)。4.粒子半径大小比较方法(1)“一看”电子层数:当最外层电子数相同时,电子层数越多,半径越大。(2)“二看”核电荷数:当电子层数相同时,核电荷数越大,半径越小。(3)“三看”核外电子数:当电子层数和核电荷数均相同时,核外电子数越多,半径越大。5.主族元素主要化合价确定方法(1)最高正价=主族的序号=最外层电子数(O、F除外)。(2)最低负价=最高正价-8(H、O、F除外)。(3)H最高价为+1,最低价为-1;O无最高正价;F无正化合价。【学力诊断·测评】1.(2024·东莞高一检测)下列粒子半径大小比较正确的是()A.r(Na+)<r(Mg2+)<r(Al3+)<r(O2-)B.r(S2-)>r(Cl-)>r(Na+)>r(Al3+)C.r(Na)<r(Mg)<r(Al)<r(S)D.r(Cs)<r(Rb)<r(K)<r(Na)【解析】选B。电子层结构相同的离子,核电荷数越大离子半径越小,故离子半径:r(Al3+)<r(Mg2+)<r(Na+)<r(O2-),故A错误;电子层结构相同的离子,核电荷数越大离子半径越小,故离子半径:r(S2-)>r(Cl-),r(Na+)>r(Al3+),电子层越多,离子半径越大,所以r(S2-)>r(Cl-)>r(Na+)>r(Al3+),故B正确;同周期从左向右原子半径逐渐减小,故原子半径:r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(S),故C错误;同主族自上而下原子半径逐渐增大,r(Cs)>r(Rb)>r(K)>r(Na),故D错误。2.(2023·太原高一检测)某元素X的气态氢化物的化学式为XH3,则X的最高价含氧酸的化学式可能为()A.HXO B.HXO3C.H2XO3 D.H2XO4【解析】选B。某元素X的气态氢化物的化学式为XH3,则X的最低价为-3价,其最高价为+5价,X处于周期表中的ⅤA族,其最高价含氧酸的化学式可能为HXO3或H3XO4,如硝酸、磷酸。3.五种短周期元素X、Y、Z、M、W的原子序数与其常见化合价的关系如图所示,下列关系不正确的是()A.元素X可能为锂B.原子半径大小:r(M)>r(W)C.X2W中各原子均达8电子稳定结构D.Y和M在同一族【解析】选C。X的常见化合价为+1,其原子序数小于其他四种元素,则元素X可能为H或Li;Z的常见化合价为+4,Y的常见化合价为+5,原子序数:Z>Y,则Y为N、Z为Si元素;M的常见化合价为-3,则M为P元素;W的常见化合价为-2,其原子序数最大,则W为S元素,据此解答。X的常见化合价为+1,其原子序数小于其他四种元素,则元素X可能为H或Li,故A正确;同一周期原子序数越小原子半径越大,则原子半径大小:r(M)>r(W),故B正确;元素X可能为H或Li,X2W中X原子不是8电子稳定结构,故C错误;根据分析可知,Y为N、M为P元素,都位于第ⅤA族,故D正确。学习任务二:同周期元素性质的递变规律【必备知识·导学】一、同周期金属元素性质递变规律1.Na、Mg金属性比较原理金属与水反应置换出H2的难易程度操作现象镁条表面附着少量气泡剧烈反应,溶液变成浅红色化学反应—Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑结论结合Na与水的反应的现象,Na与水反应置换出H2比Mg容易,则金属性:Na>Mg2.Mg、Al金属性比较原理金属的最高价氧化物对应的水化物的碱性强弱物质Al(OH)3Mg(OH)2操作现象A中沉淀溶解B中沉淀溶解C中沉淀溶解D中沉淀不溶解离子方程式A:Al(OH)3+3H+===Al3++3H2OB:Al(OH)3+OH-===[Al(OH)4]-C:Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2OD:不反应结论Al(OH)3是两性氢氧化物,其碱性弱于Mg(OH)2(中强碱),更弱于NaOH(强碱),则金属性:Na>Mg>Al[结论]同周期中,从左到右,元素的金属性逐渐减弱。[思考]以下三种物质中:①Al、②Al2O3、③Al(OH)3都是既能与强酸反应又能与强碱反应的物质,分别与盐酸和NaOH溶液反应得到的产物是否相同?提示:①Al能与盐酸反应生成氯化铝与氢气,与氢氧化钠溶液反应生成四羟基合铝酸钠与氢气;②Al2O3属于两性氧化物,与盐酸反应生成氯化铝和水,与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠;③Al(OH)3属于两性氢氧化物,与盐酸反应生成氯化铝和水,与NaOH溶液反应生成四羟基合铝酸钠。二、同周期非金属元素性质递变规律元素SiPSCl反应条件高温高温加热光照或点燃与氢气反应由难到易的顺序为Si<P<S<Cl最高价氧化物对应的水化物的酸性H2SiO3:弱酸H3PO4:中强酸H2SO4:强酸HClO4:强酸酸性:HClO4>H2SO4>H3PO4>H2SiO3结论Si、P、S、Cl的非金属性逐渐增强[结论]同周期中,从左到右,元素的非金属性逐渐增强。三、元素周期律[结论]元素周期律是元素的性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化,是原子核外电子排布呈现周期性变化的结果。[思考]元素的金属性与非金属性与物质的还原性与氧化性是一回事吗?提示:不是一回事,例如氮元素和磷元素,氮元素的非金属性强于磷元素,但N2却比白磷的氧化性弱,因为氮原子间存在三键很稳定。【判对错·通教材】判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”(1)同周期的三种元素X、Y、Z,已知它们的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序为HXO4>H2YO4>H3ZO4,则非金属性X>Y>Z。 (√)提示:根据酸性由强到弱的顺序,结合元素周期律,可以确定三种元素在周期表中的相对位置从左到右依次为Z、Y、X,则非金属性X>Y>Z。(2)KOH、NaOH、Al(OH)3的碱性逐渐减弱。 (√)提示:金属性K>Na>Al,相应碱的碱性逐渐减弱。(3)HF、HCl、H2S的稳定性逐渐增强。 (×)提示:非金属性F>Cl>S,气态氢化物稳定性逐渐减弱。(4)元素原子得失电子数目越多,金属性、非金属性越强。 (×)提示:元素的非金属性与金属性强弱的实质是元素原子得失电子的难易,而不是得失电子的多少。如Mg比Na失电子数多,但Na比Mg更容易失电子,故Na的金属性比Mg强。【微点拨·拓教材】原子最外层电子决定物质化学性质,原子核对最外层电子吸引力越小,越易失去电子表现金属性;原子核对最外层电子吸引力越大,越易得到电子表现非金属性。原子的核外电子排布周期性变化,因而元素性质随着原子序数的递增而呈现周期性的变化。【核心要点·归纳】1.同周期、同主族元素性质递变规律内容同周期(从左至右)同主族(从上到下)电子层数相同逐渐增多最外层电子数逐渐增多相同原子半径逐渐减小(稀有气体元素除外)逐渐增大金属单质与水或酸置换出H2的难易易→难难→易最高价氧化物对应的水化物酸性逐渐增强逐渐减弱碱性逐渐减弱逐渐增强非金属气态氢化物形成难易难→易易→难稳定性逐渐增强逐渐减弱元素金属性逐渐减弱逐渐增强元素非金属性逐渐增强逐渐减弱2.非金属元素简单氢化物与最高价氧化物对应的水化物族序数ⅣAⅤAⅥAⅦA简单氢化物RH4RH3H2RHR最高价氧化物对应的水化物H2RO3或H4RO4H3RO4或HRO3H2RO4HRO4【学力诊断·测评】1.(2024·扬州高一检测)Na、Mg、Al、P和S均为第三周期的元素,下列说法正确的是()A.原子半径:r(Al)>r(Mg)B.气态氢化物稳定性:PH3>H2SC.与水反应的剧烈程度:Na>MgD.最高价氧化物对应的水化物酸性:H3PO4>H2SO4【解析】选C。镁、铝为同周期元素原子,原子半径:r(Mg)>r(Al),故A错误;非金属性:S>P,元素的非金属性越强,对应的气态氢化物越稳定,则气态氢化物的稳定性:H2S>PH3,故B错误;金属性Na>Mg,金属性越强,金属与水反应越剧烈,故与水反应的剧烈程度:Na>Mg,故C正确;非金属性越强,其最高价氧化物对应的水化物的酸性越强,非金属性:S>P,故酸性:H2SO4>H3PO4,故D错误。2.下列有关说法正确的是()A.H2SO4的酸性比HClO的酸性强,所以S的非金属性比Cl强B.Mg(OH)2是中强碱,Al(OH)3是两性氢氧化物,所以Al比Mg活泼C.H2S在300℃时开始分解,H2O在1000℃时开始分解,说明O的非金属性比S强D.Na和Mg与酸都能剧烈反应放出氢气,故二者金属性相同【解析】选C。H2SO4的酸性比HClO的酸性强,不能作为比较非金属性强弱的依据,应根据相应的最高价氧化物对应的水化物的酸性比较,A错误;Mg(OH)2是中强碱,而Al(OH)3为两性氢氧化物,说明Mg的最高价氧化物对应的水化物的碱性比Al的强,故金属性:Mg>Al,B错误;H2O在1000℃时开始分解,而H2S在300℃时开始分解,说明H2O比H2S稳定,则O非金属性比S强,C正确;Na与冷水反应剧烈,Mg与冷水反应缓慢,因此Na的金属性比Mg的金属性强,D错误。【补偿训练】(2023·太原高一检测)能说明钾元素的金属性强于钠元素的事实是()A.钾比钠更易熔化B.钾比钠更易与氧气反应C.钾与水反应产生大量气体D.钾与水反应后的溶液能使酚酞溶液变红【解析】选B。钾比钠更易熔化,说明钾熔点低于钠,不能说明钾元素的金属性强于钠元素,故A不选;钾更容易与氧气反应,可知钾比钠更容易失去电子,钾的金属性强于钠,故B选;钠、钾与水反应都产生大量氢气,不能说明钾元素的金属性强于钠元素,故C不选;钠、钾与水反应都生成碱,都能使酚酞变红,不能说明钾元素的金属性强于钠元素,故D不选。学情检测·素养达标1.(2024·昆明高一检测)下列微粒半径大小关系正确的是()A.F>Cl>Br>IB.Na<Mg<Al<Si<P<S<ClC.Na<Na+、Cl<Cl-D.O2->F->Na+>Mg2+>Al3+【解析】选D。同主族元素,从上到下原子半径依次增大,则原子半径由大到小的顺序为I>Br>Cl>F,故A错误;同周期元素,从左至右,原子半径依次减小,原子半径由大到小顺序为Na>Mg>Al>Si>P>S>Cl,故B错误;同种元素的微粒,核外电子数越多,半径越大,钠原子半径大于钠离子,故C错误;电子层结构相同的离子,核电荷数越大,离子半径越小,则离子半径由大到小的顺序为O2->F->Na+>Mg2+>Al3+,故D正确。2.(2023·大庆高一检测)下列各组元素的性质递变错误的是()A.P、O、S原子半径依次增大B.P、S、Cl原子最外层电子数依次增加C.Na、Mg、Al元素最高正化合价依次升高D.F、Cl、Br的非金属性依次减弱【解析】选A。P、S是第三周期的主族元素,原子序数越大原子半径越小,则原子半径P>S,O、S同主族,原子序数越大原子半径越大,则原子半径S>O,所以原子半径大小为P>S>O,故A错误;P、S、Cl原子的最外层电子数分别为5、6、7,其最外层电子数依次增加,故B正确;Na、Mg、Al的最高正化合价分别为+1、+2、+3,其最高正化合价依次升高,故C正确;F、Cl、Br均位于ⅦA族,原子序数越大非金属性越弱,则F、Cl、Br的非金属性依次减弱,故D正确。3.(2023·鞍山学业考试)下列各组物质性质的比较,正确的是()A.原子半径:K>Na>LiB.还原性:Fe>Na>KC.碱性强弱:KOH>Mg(OH)2>Al(OH)3>NaOHD.与酸反应放出氢气的剧烈程度:Na<Mg<Al【解析】选A。同一主族内,原子半径随着原子序数增大而增大,所以原子半径:K>Na>Li,故A正确;在金属活动性顺序表中,从左到右,金属的活动性依次减弱,其还原性依次减弱,所以金属的还原性:K>Na>Fe,故B错误;金属性强弱:K>Na>Mg>Al,所以最高价氧化物对应的水化物碱性:KOH>NaOH>Mg(OH)2>Al(OH)3,故C错误;金属的金属性越强,与酸反应生成氢气的剧烈程度越强,金属性:Na>Mg>Al,所以与酸反应生成氢气的剧烈程度:Na>Mg>Al,故D错误。4.(2024·威海高一检测)比较镁和铝金属性强弱的方法正确的是()A.将空气中放置已久的这两种元素的单质分别与热水作用,比较产生气泡的快慢B.比较两种金属的熔点C.MgCl2、AlCl3分别与强碱反应比较Mg(OH)2与Al(OH)3的碱性强弱D.将形状、大小相同的两种金属单质和足量盐酸反应,比较产生气体的量【解析】选C。将空气中久置的镁和铝分别置于热水中,由于二者表面有氧化膜,均无现象